JP2006135221A - 半導体発光素子 - Google Patents

半導体発光素子 Download PDF

Info

Publication number
JP2006135221A
JP2006135221A JP2004324771A JP2004324771A JP2006135221A JP 2006135221 A JP2006135221 A JP 2006135221A JP 2004324771 A JP2004324771 A JP 2004324771A JP 2004324771 A JP2004324771 A JP 2004324771A JP 2006135221 A JP2006135221 A JP 2006135221A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
cladding layer
type
composition ratio
light emitting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004324771A
Other languages
English (en)
Inventor
Kyosuke Kuramoto
恭介 蔵本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2004324771A priority Critical patent/JP2006135221A/ja
Priority to TW094136860A priority patent/TW200620711A/zh
Priority to US11/262,932 priority patent/US7471711B2/en
Priority to CNB2005101315743A priority patent/CN100435364C/zh
Priority to KR1020050105846A priority patent/KR100759281B1/ko
Publication of JP2006135221A publication Critical patent/JP2006135221A/ja
Priority to KR1020070042632A priority patent/KR20070058397A/ko
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/18—Semiconductor lasers with special structural design for influencing the near- or far-field
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2304/00—Special growth methods for semiconductor lasers
    • H01S2304/12—Pendeo epitaxial lateral overgrowth [ELOG], e.g. for growing GaN based blue laser diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
    • H01S5/021—Silicon based substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
    • H01S5/0213—Sapphire, quartz or diamond based substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2004—Confining in the direction perpendicular to the layer structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2004—Confining in the direction perpendicular to the layer structure
    • H01S5/2009—Confining in the direction perpendicular to the layer structure by using electron barrier layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3211—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3211—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities
    • H01S5/3216—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities quantum well or superlattice cladding layers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

【課題】ＧａＮ基板への光滲み出し、及びｎ型クラッド層のクラックや転移の発生の問題なく、垂直方向のＦＦＰ（遠視野像）全半値幅の小さな半導体発光素子を提供する。
【解決手段】ｎ型クラッド層３とｐ型クラッド層１０との間に活性層６が挟まれた構造を有する半導体発光素子において、ｎ型クラッド層として、Ａｌ組成比ｘが０．０１≦ｘ＜０．０６のＡｌxＧａ1-xＮ（ＡｌＧａＮ）層を用いる。Ａｌ組成比ｘが０．０６より小さくなると、ＡｌＧａＮ層の屈折率が大きくなるので、垂直方向のＮＦＰ（近視野像）を広げ、垂直方向のＦＦＰの全半値幅を小さくできる。また、Ａｌ組成比が小さくなると、ＧａＮ基板との格子不整合が小さくなるので、クラックや転移の発生の問題なくＡｌＧａＮ層を厚く形成でき、ＧａＮ基板への光滲み出しも抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、窒化物系III−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子に関するものである。
近年、光ディスクの高密度化に必要である青色領域から紫外線領域におよぶ発光が可能な半導体レーザとして、ＡｌＧａＩｎＮなどの窒化物系III−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザの研究開発が盛んに行われ、すでに実用化されている。
これまでに報告されている窒化物系III−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザは、ＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）構造を有している。
すなわち、活性層へ光を効率よく閉じ込めるために、ｎ側には比較的屈折率の小さい材料であるｎ型ＡｌＧａＮクラッド層が、ｐ側には同じく比較的屈折率の小さい材料であるｐ型ＡｌＧａＮクラッド層が設けられている。
さらに、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層と活性層との間に、比較的屈折率の大きい材料を用いたｎ側光ガイド層が、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層と活性層との間に比較的屈折率の大きい材料を用いたｐ側光ガイド層が設けられている。
ここで、ＡｌＧａＮクラッド層は、Ａｌ組成比が大きいほど屈折率が小さくなる。そのため、Ａｌ組成比の大きなＡｌＧａＮクラッド層を用いることで、光の分布を活性層近くに収束することができる。これは、光モードの実効屈折率と材料の屈折率の差が大きいほど、活性層から離れるに従う光減衰量が大きくなるためである。このことにより活性層への光閉じ込め量が大きくなる結果、しきい値が低減するなどの利点がある。
また、ｎ側においては、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層の活性層よりも離れた側に、ＧａＮ材料が積層されているのが一般的である。これは、サファイア、ＳｉＣ等、ＧａＮとの格子不整合度の大きな基板を用いた場合には、格子不整合を緩和するための低温ＧａＮバッファ層が基板とクラッド層との間に積層されるし、ＧａＮ材料の横方向成長技術を用いた転位低減技術などが用いられる場合にも、基板とＡｌＧａＮクラッド層の間に数μｍ以上のＧａＮ横方向成長層が積層される。近年、ＧａＮ基板が多く用いられるが、この場合についても同様に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層下にＧａＮ基板が存在することになる。
このように、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層の活性層よりも離れた側に、ＧａＮ材料あるいは、光モードの実効屈折率よりも大きな屈折率を持つ材料がある場合には、この材料内での光強度は活性層から離れても減衰しにくいため、大きな光閉じ込め係数を持つこととなる。従って、相対的に活性層の光閉じ込め量が低下し、大幅なしきい値上昇などの特性劣化を引き起こすといった問題があることが知られている（例えばJapanese Journal of Applied Physics vol.38 Part 1,No.3B (1999) p.1780-参照）。
また、ＧａＮ層と屈折率の異なるサファイア基板やＳｉＣ基板との界面、あるいは、ＧａＮ基板下面では光のフレネル反射が発生するため、ＧａＮ層内やＧａＮ基板内には共振モードが形成される。その共振モードが垂直方向の遠視野像（far field pattern：ＦＦＰ）パターンにリップルを発生させるといった問題点があることも、実測及びシミュレーションなどで確認されている。
このような問題を回避するために、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層の活性層よりも離れた側にあるＧａＮ材料、あるいは光モードの実効屈折率よりも大きな屈折率を持つ材料への光の滲み出しを極力抑える必要がある。このためにも、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ組成比を大きく、すなわちｎ型ＡｌＧａＮクラッド層の屈折率を小さくして、活性層から離れるに従う光強度の減衰を大きくし、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層内で十分光強度を減衰させる必要がある。また、活性層から離れるに従う光強度の減衰を大きくするために、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層の厚さについてもできるだけ厚くすることが好ましい。
一方、サファイア基板上あるいはＳｉＣ基板上に低温で成長したＧａＮバッファ層の格子定数や、サファイア基板上に横方向成長技術を用いて成長したＧａＮ層、あるいはＧａＮ基板の格子定数は、ＧａＮの格子定数に非常に近いものとなっている。
これらの層上にｎ型クラッド層として、ｎ型ＡｌＧａＮ層を成長すると、ＡｌＧａＮ材料の格子定数はＡｌ組成比が大きくなるに従い小さくなるため、Ａｌ組成比が大きいほど下地との格子不整合度が大きくなる。その結果、クラックや転位の発生が顕著になることが知られている。また、クラックや転位の発生がなくとも、大きな歪みがかかる状態となるため、素子の寿命に大きな悪影響を与える。
このように、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ組成比を大きくしすぎた場合には、クラックや転位の発生無しに成長可能な膜厚（臨界膜厚）が小さくなるため、かえって基板側への光滲み出しが大きくなる。
以上のことから、ｎ型およびｐ型のＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ組成比には最適な値が存在し、ＡｌＧａＮクラッド層に関しては、ｐ型、ｎ型ともに、Ａｌ組成比が０．０６〜０．０７程度のＡｌＧａＮ材料を用いることが一般的となっている（非特許文献１参照）。
Ｔ．Ｔｏｊｙｏ他，「Ｈｉｇｈ−Ｐｏｗｅｒ ＡｌＧａＩｎＮ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅｓ ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈ Ｋｉｎｋ Ｌｅｖｅｌ ａｎｄ Ｌｏｗ Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｎｏｉｓｅ」，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．ｖｏｌ．４１（２００２），ｐｐ．１８２９−１８３３
しかしながら、ｎ型およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ組成比を決定するために考慮しなければならない特性として垂直方向のＦＦＰがある。一般に光ディスク用途の窒化物系ＬＤにおいて、基板に水平な方向のＦＦＰの全半値幅は６〜１０°程度となるのに対し、基板に垂直な方向のＦＦＰの全半値幅は２０°以上となる。このように、水平方向と垂直方向のビーム出射角が大きく異なっている。
しかし、光ディスク用途のアプリケーションとしては、この垂直方向と水平方向とＦＦＰの全半値幅の比（アスペクト比）ができるだけ１に近いことが要求される。このため、垂直方向のＦＦＰの全半値幅は、より小さくすることが望ましい。
一般に、半導体レーザ素子内部における光分布、すなわち近視野像（Near field pattern：ＮＦＰ）とＦＦＰはフーリエ変換の関係にあるため、垂直方向のＦＦＰの全半値幅をより小さくするためには、ＮＦＰの広がりを大きくすることが必要となる。これを実現するために、活性層の屈折率を小さくして垂直方向の光の広がりを大きくするといった方法があるが、この場合には、当然ｐ型コンタクト層やｐ型電極への光の滲み出しが大きくなることによる光吸収増加の問題や、前述したような基板側への光滲み出しの問題が大きくなる。
これらの問題を回避するためには、ｎ型およびｐ型のＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ組成比を大きくするか、ＡｌＧａＮクラッド層の膜厚を大きくする必要があるが、これについては、前述したようにクラックや転位の発生が問題となってくる。
以上の問題は、ｎ型クラッド層よりも基板側に、その屈折率が実効屈折率よりも大きな層（例えば、ＧａＮバッファ層やＧａＮ基板そのもの）が存在し、さらに、ＡｌＧａＮクラッド層の格子定数がその下地となるＧａＮの格子定数と異なるといった、窒化物系III−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザや半導体発光ダイオードの特別な構造に起因して発生するものである。
以上のように、基板側への光の滲み出しの問題、下地層との格子不整合に起因するクラックや転位発生の問題、さらに垂直方向のＦＦＰの全半値幅の問題は互いに絡み合っており、全てを解決するためには、ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ組成比が大きい場合においてもクラックや転位の発生を抑えることができるような特別な技術が必要である。
そこで本発明の目的は、基板側への光の滲み出し、及びクラッド層でのクラックや転位の発生の問題なく、良好なＦＦＰ特性を備える半導体発光素子を提供することである。
請求項１に記載の発明は、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との間に活性層が挟まれた構造を有する、窒化物系III−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子であって、前記ｎ型クラッド層は、Ａｌ組成比ｘが０．０１≦ｘ＜０．０６のｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ層を備えることを特徴とする。
請求項１３に記載の発明は、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との間に活性層が挟まれた構造を有する窒化物系III−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子であって、前記ｎ型クラッド層は、前記ｎ型クラッド層の他の部分よりもＡｌ組成比ｘが大きな部分ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層を備え、前記部分ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層は、前記ｎ型クラッド層の下部若しくは中間部に配置されていることを特徴とする。
請求項１に記載の発明によれば、Ａｌ組成比ｘが０．０１≦ｘ＜０．０６のＡｌxＧａ1-xＮ膜をｎ型クラッド層として用いている。そのため、ｎ型クラッド層の屈折率が大きくなり、垂直方向のＮＦＰ（近視野像）を広げ、垂直方向のＦＦＰの全半値幅を小さくすることできる。また、Ａｌ組成比が小さくなると、ｎ型クラッド層と、ＧａＮ材料との格子不整合が小さくなるので、クラックや転移の発生の問題なくｎ型クラッド層を厚く形成できる。ｎ型クラッド層を厚く形成することで、基板側への光の滲み出しも抑制できる。
請求項１３に記載の発明によれば、Ａｌ組成比の大きな部分ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層で、光の減衰が大きくなるため、基板側への光の滲み出しを抑制することができる。また、部分クラッド層は、ｎ型クラッド層の下部若しくは中央部に設けられているため、活性層近傍でのＮＦＰの広がりに殆ど影響を与えず、垂直方向のＦＦＰの全半値幅を大きくすることもない。
＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態に係る半導体発光素子の構成を示す断面図である。
この半導体発光素子（窒化物系半導体レーザ）は、リッジ構造及びＳＣＨ構造を有するものである。
ＧａＮ基板１の一主面であるＧａ面上に、ｎ型ＧａＮバッファ層２が形成されている。このｎ型ＧａＮバッファ層２は、ＧａＮ基板１表面の凹凸を低減し、その上層をできるだけ平坦に積層するために形成されている。そして、このｎ型ＧａＮバッファ層２上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層（以下、単にｎ型クラッド層と称する場合がある。）３が形成されている。
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３上に、ｎ型ＧａＮ光ガイド層４、アンドープのＩｎＧａＮ光ガイド層５がこの順に積層され、ｎ側光ガイド層を形成している。ＩｎＧａＮ光ガイド層５上には、例えばアンドープのＩｎxＧａ1-xＮ／ＩｎyＧａ1-yＮ多重量子井戸構造の活性層６が形成されている。
そして、活性層６上には、ｐ側ガイド層としてのアンドープＩｎＧａＮ光導波層７、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層８、ｐ側光ガイド層としてのｐ型ＧａＮ光ガイド層９、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層（以下、単にｐ型クラッド層と称する場合がある。）１０、及びｐ型ＧａＮコンタクト層１１が順次積層されている。
ここで、ｎ側ＧａＮバッファ層２は、厚さが例えば１μｍで、ｎ型不純物として例えばシリコン（Ｓｉ）がドープされている。ｎ型クラッド層３は、厚さが例えば２．０μｍであり、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープされ、Ａｌ組成比は例えば０．０５である。ｎ型ＧａＮ光ガイド層４は、厚さが例えば１００ｎｍである。そして、アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層５は、厚さが例えば７ｎｍであり、Ｉｎ組成比は、例えば０．０２である。
また、アンドープＩｎxＧａ1-xＮ／ＩｎyＧａ1-yＮ多重量子井戸構造の活性層６は、障壁層としてのＩｎxＧａ1-xＮ層と、井戸層としてのＩｎyＧａ1-y層とが交互に積層された構造を備えており、井戸数は例えば３である。障壁層としてのＩｎxＧａ1-xＮ層は、厚さが７ｎｍで、組成比ｘは０．０２である。そして井戸層としてのＩｎyＧａ1-yＮ層は、厚さが３．５ｎｍで、組成比ｙは０．１４である。
アンドープＩｎxＧａ1-xＮ光導波層７は、厚さが例えば２０ｎｍであり、Ｉｎ組成比ｘは例えば０．０２である。ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層８は、厚さが例えば１０ｎｍであり、Ａｌ組成比は例えば０．１８である。ｐ型ＧａＮ光ガイド層９は厚さが例えば１００ｎｍである。
ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０は、厚さが例えば４００ｎｍであり、ｐ型不純物として例えばＭｇがドープされ、Ａｌ組成比は例えば０．０７である。そしてｐ型ＧａＮコンタクト層１１は、厚さが例えば１００ｎｍであり、ｐ型不純物として例えばＭｇがドープされている。
ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０およびｐ型ＧａＮコンタクト層１１には、例えば〈１−１００〉方向に向かって、エッチングによりリッジ１２が形成されている。このリッジ１２の幅は例えば２．０μｍである。ここで、このリッジ１２は、ＧａＮ基板１上にストライプ状に形成された数μｍ〜数十μｍ幅の高転位領域の間にある低欠陥領域に対応する位置に形成されている。
このリッジ１２の側面部、あるいはリッジ横底面部の表面保護、及び電気的絶縁のために、例えば厚さ２００ｎｍのＳｉＯ2膜のような絶縁膜１４がリッジ１２を覆うように形成されている。
この絶縁膜１４のうち、リッジ１２の上面に対応する部分に開口１５が設けられている。この開口１５により、ｐ型電極１６とｐ型コンタクト層１１との電気的接触が図られている。ｐ型電極１６は、例えばＰｄおよびＡｕ膜を順次積層した構造となっている。
またＧａＮ基板１の一主面であるＧａ面とは反対の側であるＮ面には、ｎ型電極１７が形成されている。このｎ型電極１７は、例えばＴｉおよびＡｕ膜を順次積層した構造となっている。
次に、本実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法について説明する。
まず、あらかじめサーマルクリーニングなどにより表面を清浄化したＧａＮ基板１上に有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、例えば１０００℃の成長温度でｎ型ＧａＮバッファ層２を成長させる。
その後、同じくＭＯＣＶＤ法により、ｎ型クラッド層３、ｎ型ＧａＮ光ガイド層４およびアンドープＩｎＧａＮ光ガイド層５、アンドープのＩｎxＧａ1-xＮ／ＩｎyＧａ1-yＮ多重量子井戸活性層６、アンドープＩｎＧａＮ光導波層７、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層８およびｐ型ＧａＮ光ガイド層９、ｐ型クラッド層１０、及びｐ型ＧａＮコンタクト層１１を順次積層する。
ここで、これらの層の成長温度は、例えば、ｎ型クラッド層３およびｎ型ＧａＮ光ガイド層４は１０００℃、アンドープＩｎＧａＮ光導波層５からアンドープＩｎＧａＮ光導波層７までは７４０℃、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層８からｐ型ＧａＮコンタクト層１１は１０００℃とする。
次に、以上の結晶成長が終了したウエハの全面に、レジストを塗布し、通常のリソグラフィー法（写真製版技術）により、リッジ１２の形状に対応した所定形状のレジストパターンを形成する。
このレジストパターンをマスクとして、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法によりｐ型クラッド層１０の層内までエッチングを行う。このエッチングにより、光導波構造となるリッジ１２を作製する。このＲＩＥのエッチングガスは、例えば塩素系ガスを用いる。
次に、マスクとして用いたレジストパターンを残したまま、再び基板全面に例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより、例えば厚さが０．２μｍのＳｉＯ2膜１４を形成する。そして、レジストパターンの除去と同時にリッジ１２上にあるＳｉＯ2膜を除去する、いわゆるリフトオフを行う。これにより、リッジ１２上の開口１５が形成される。
次に、基板全面に例えば真空蒸着法によりＰｔおよびＡｕ膜を順次形成した後、レジストを塗布し、リソグラフィー技術により所望の形状にレジストを成形する。その後、ウエットエッチングあるいはドライエッチングにより、レジストをマスクとして半導体発光素子の表面にｐ型電極１６を形成する。
次に、基板の裏面全面に、真空蒸着法によりＴｉおよびＡｌ膜を順次形成する。続いてｎ型電極１７をオーミック接触させるためのアロイ処理を行う。
その後、この基板を劈開などによりバー状に加工して両共振器端面を形成する。さらに、これらの共振器端面に端面コーティングを施した後、このバーを劈開などによりチップ化する。以上の製造方法により、図１に示す半導体発光素子を製造することができる。
本実施の形態に係る半導体発光素子では、Ａｌ組成比が０．０５のｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３を用いている。Ａｌ組成比が０．０６よりも小さいｎ型ＡｌＧａＮ材料の屈折率は、Ａｌ組成比が０．０６以上のものに比べて大きい。そのため、ｎ型クラッド層３として、Ａｌ組成比が０．０６よりも小さいｎ型ＡｌＧａＮ材料を用いると、活性層６より離れるに従う光の減衰が小さくなる傾向となる。すなわち、ＮＦＰが広がる傾向となる。その結果、垂直方向のＦＦＰの全半値幅をより小さくすることができる。
ここで、ＡｌＧａＮ材料の格子定数は、Ａｌ組成比が小さいほど大きく、下地層であるＧａＮ基板１の格子定数に近くなるため、クラックや転位の発生が起こる臨界膜厚は厚くなる傾向となる。すなわち、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３は、Ａｌ組成比が小さいほど厚い膜が成長可能となる。
従って、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３のＡｌ組成比が小さくなると、ＮＦＰが広がってＧａＮ基板１側への光滲み出しが大きくなるが、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３を厚膜化することで光の滲み出しを抑制できる可能性がある。
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３のＡｌ組成比を小さくすることで、最終的に光の滲み出しが小さくなるかどうかについては、あるＡｌ組成比におけるＡｌＧａＮ材料の屈折率と、クラックや転位の発生が起こる最低の膜厚（臨界膜厚）を求め、その屈折率と膜厚を元に光強度分布を計算することで見積もることが可能である。
そこで、ｎ型クラッド層３のＡｌ組成比を変えて行った光強度分布の計算結果について説明する。
図２は、光強度分布の計算に用いた半導体発光素子の構造を示す断面図である。ここで、図１に示した構成と同一の構成には同一の符号を付している。
ＧａＮ基板１上に、ＧａＮバッファ層２が形成されている。ＧａＮバッファ層２上にはｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３が形成されている。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３上には、厚さ１００ｎｍのｎ型ＧａＮ光ガイド層４が形成されている。そして、ｎ型ＧａＮ光ガイド層４上には、厚さ７．０ｎｍでＩｎ組成比０．０２のＩｎＧａＮ光ガイド層５が形成されている。
ＩｎＧａＮ光ガイド層５上には、厚さ３．５ｎｍでＩｎ組成比０．１２の３つのＩｎ ＧａＮ井戸層と、厚さ７．０ｎｍでＩｎ組成比０．０２のＩｎＧａＮバリア層からなる多重量子井戸活性層６が形成されている。
多重量子井戸活性層６上には、厚さ２０ｎｍでＩｎ組成比０．０２のＩｎＧａＮ光ガイド層７が形成され、ＩｎＧａＮ光ガイド層７上には、厚さ２０ｎｍでＡｌ組成比０．１８のｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層８が形成されている。
ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層８上には、厚さ１００ｎｍのｐ型ＧａＮガイド層９、厚さ４００ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０、厚さ１００ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層１１が、この順に積層して形成されている。
リッジ１２の幅は２．２μｍで、２次元の光強度分布を計算した後、ＧａＮバッファ層２およびＧａＮ基板１内への光滲み出し割合を計算している。
また図３は、ＧａＮ基板１上に成長したＡｌＧａＮ膜の臨界膜厚（縦軸）のＡｌ組成比（横軸）依存性を示す図である（Journal of Applied Physics vol.88 No.12(2000)p.7029参照）。図３に示すように、Ａｌ組成比が小さくなるにつれて臨界膜厚が大きくなることがわかる。
各ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３のＡｌ組成比に対し、図３に示した臨界膜厚と同じ厚さのｎ型クラッド層３を形成した場合において、全光強度に対する、ＧａＮバッファ層２およびＧａＮ基板１内の光強度の割合、すなわち光滲み出し割合を計算した結果を図４に示す。
また、臨界膜厚ではなく、臨界膜厚の７０％の厚さのｎ型クラッド層３を形成した場合における、ＧａＮバッファ層２およびＧａＮ基板１内への光滲み出し割合を計算した結果を図５に示す。
図４及び図５からわかるように、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３のＡｌ組成比として０．０６より大きなものを用いるよりも、０．０６より小さいものを用いた方が、ＧａＮ基板１への光滲み出し割合を大幅に低減できることがわかる。
さらに、各ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３のＡｌ組成比（横軸）に対して、ＦＦＰの垂直方向の全半値幅（縦軸）を計算した結果を図６に示す。ここで、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３の膜厚は、臨界膜厚としている。図６に示すように、Ａｌ組成比が小さいほど、ＦＦＰの垂直方向の全半値幅は小さくなり、ディスク用光源などの用途に対し、より好ましいＦＦＰ形状にすることが可能となる。
本実施に係る半導体発光素子は、Ａｌ組成比ｘが０．０５、膜厚２μｍのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３を用いている。図３からわかるように、Ａｌ組成比ｘが０．０５では臨界膜厚は約２．５μｍなので、クラックや転移の発生の問題なく、膜厚２μｍのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３をＧａＮ基板１上に形成することができる。さらに、図４，５からわかるように、Ａｌ組成比が０．０５では、ＧａＮ基板１側への光滲み出しの問題も殆どないことがわかる。
また、図６からわかるように、Ａｌ組成比が０．０６以上の場合に比べて垂直方向のＦＦＰ全半値幅を低減することができる。
以上から本実施の形態に係る半導体発光素子は、光滲み出しの問題、及びクラックや転移の問題なく、垂直方向のＦＦＰ全半値幅を低減することができる。
なお、本実施の形態では、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３の組成比ｘを０．０５、膜厚を２μｍとしたが、図４，５から明らかなように、Ａｌ組成比ｘは０．０１≦ｘ＜０．０６の範囲であれば、Ａｌ組成比が０．０６以上の場合に比べて光滲み出しを大幅に小さく抑えることができる。また、ｎ型クラッド層３の膜厚は、３００ｎｍ以上であれば十分光滲み出しを小さくできる。ここで、Ａｌ組成比の下限を０．０１としたのは、０．０１より小さなＡｌ組成比のｎ型クラッド層３では、活性層６から離れるに従う光の減衰が十分でなくなる可能性があるためである。
また、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３が２層以上の多層構造であっても、それぞれのＡｌ組成比が０．０６より小さければ、上述した効果を有することは明らかである。
さらに、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３が２層以上の多層構造であって、そのうちの少なくとも１層にＡｌ組成比ｘが０．０１≦ｘ＜０．０６の層が含まれる場合においても、このようなＡｌ組成比の層の合計の膜厚が３００ｎｍ以上あれば同様の効果が得られる。
＜実施の形態２＞
本実施の形態に係る半導体発光素子は、実施の形態１に係る半導体発光素子において、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３（図１参照）のＡｌ組成比を０．０１≦ｘ≦０．０５としている。その他の構成は、実施の形態１と同様であり、重複する説明は説明は省略する。
図３に示すように、Ａｌ組成比が０．０５以下になるとｎ型クラッド層３の臨界膜厚が大きく向上する。そのため、クラックや転移の発生等の問題なく、ｎ型クラッド層３をより厚く形成することができる。その結果、図４，５からわかるように、ＧａＮ基板１側への光の滲み出しをさらに小さくすることができる。
また、Ａｌ組成比ｘを小さくすることで屈折率が大きくなる。そのため、図６に示すように、ＮＦＰを大きく広げ垂直方向のＦＦＰ全半値幅をより小さくすることが可能になる。
以上から、Ａｌ組成比ｘを０．０１≦ｘ≦０．０５にすることで、これまで実現が不可能であったような、低クラック及び低転位、かつ垂直方向のＦＦＰ全半値幅の非常に小さな半導体レーザを容易に得ることが可能となる。
＜実施の形態３＞
図７は、本実施の形態に係る半導体発光素子を示す断面図である。
本実施の形態では、実施の形態１に係る半導体発光素子において、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０．０１≦ｘ＜０．０６）クラッド層３よりもＡｌ組成比が大きいｎ型クラッド層１３（部分ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層）を、ｎ型クラッド層３の下端にさらに形成している。その他の構成は、実施の形態１と同様であり、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図８は、以上のような構成を備える半導体発光素子において、垂直方向の光強度分布を計算して図示したものである。図８に示すように、垂直方向の光強度分布は、活性部６の中央からＧａＮ基板１へ向かうに従って減衰する。そして、ｎ型クラッド層１３は、ｎ型クラッド層３よりも小さな屈折率を持つため、光強度を大きく減衰させることができる。その結果、ＧａＮ基板１への光の滲み出しをさらに抑制することができる。
このことは、活性層６よりもある程度離れた位置に、Ａｌ組成比が大きく、膜厚の薄いｎ型クラッド層１３を配置することが、光の滲み出しの抑制、ｎ型クラッド層３でのクラック及び転位の発生等について、Ａｌ組成比の小さい膜を厚く設けるよりも有利であるとの計算結果に基づいている。
以上から、本実施の形態に係る半導体発光素子は、実施の形態１に係る半導体発光素子に比べて基板側への光の滲み出しをさらに抑制することができる。
なお、活性層６近傍にあるｎ型クラッド層３によってＮＦＰが広がっているため、ｎ型クラッド層１３をｎ型クラッド層３の下端に設けることによってＦＦＰ低減効果が大きく損なわれることはない。
また、本実施の形態においては、ｎ型クラッド層３の下端にｎ型クラッド層１３を設けたが、ｎ型クラッド層３の中央部若しくは下部に設けてもよい。
さらに、ｎ型クラッド層１３は、単層のＡｌＧａＮ層とは限らず、平均のＡｌ組成比ｚがクラッド層３のＡｌ組成比よりも大きな超格子構造のＡｌＧａＮ層であってもよい。
ここで、平均のＡｌ組成比ｚとは、例えば厚さａでＡｌ組成比ｘのＡｌＧａＮ層と、厚さｂでＡｌ組成比ｙのＡｌＧａＮ層で構成された超格子構造の場合に、ｚ＝（ａ・ｘ＋ｂ・ｙ）／（ａ＋ｂ）で表されるｚを指している。超格子構造のＡｌＧａＮ層の屈折率は、この平均のＡｌ組成比ｚを持つ単一のＡｌＧａＮ層と厳密には若干異なる。しかし、本発明の効果を同等にもたらすという意味では、この平均のＡｌ組成比ｚで規定することに何ら問題はない。
＜実施の形態４＞
本実施の形態に係る半導体発光素子は、実施の形態２において、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０．０１≦ｘ≦０．０５）クラッド層３よりもＡｌ組成比が大きいｎ型クラッド層１３を、ｎ型クラッド層３の下端にさらに形成している。その他の構成は、実施の形態２と同様であり、重複する説明は省略する。
本実施の形態に係る半導体発光素子は、ｎ型クラッド層１３により、光強度を大きく減衰させることができる。そのため、ＧａＮ基板１側への光の滲み出しをさらに抑制することができる。
なお、活性層６近傍にあるｎ型クラッド層３によってＮＦＰが広がっているため、ｎ型クラッド層１３をｎ型クラッド層３の下端に設けることによってＦＦＰ低減効果が大きく損なわれることはない。
また、本実施の形態においては、ｎ型クラッド層３の下端にｎ型クラッド層１３を設けたが、ｎ型クラッド層３の中央部若しくは下部に設けてもよい。
さらに、ｎ型クラッド層１３は、単層のＡｌＧａＮ層とは限らず、平均のＡｌ組成比がｎがクラッド層３よりも大きな超格子構造のＡｌＧａＮ層であってもよい。
＜実施の形態５＞
本実施の形態に係る半導体発光素子は、実施の形態１において、ｎ型クラッド層３が超格子構造のＡｌＧａＮ層によって形成されている。そして、ｎ型クラッド層３の平均のＡｌ組成比ｚは、０．０１≦ｚ＜０．０６である。
その他の構成は実施の形態１と同様であり、重複する説明は省略する。
本実施の形態に係る半導体発光素子は、ｎ型クラッド層３が、平均のＡｌ組成比ｚ（０．０１≦ｚ＜０．０６）の超格子構造のＡｌＧａＮ層から構成されており、実施の形態１と同様の効果を有する。
さらに、ｎ型クラッド層３を超格子構造にすることで、転移を超格子構造の界面で止めることができる。その結果、超格子構造を用いることでｎ型クラッド層３の厚膜化が容易になり、ｎ型クラッド層３を厚膜化することで光滲み出しの問題をさらに抑えることができる。
なお、ｎ型クラッド層３が複数の層からできている場合に、その一つの層に超格子構造のＡｌＧａＮ層を用いるようにしてもよい。
＜実施の形態６＞
本実施の形態に係る半導体発光素子は、ｎ型クラッド層３が超格子構造のＡｌＧａＮ層によって形成されている。そして、ｎ型クラッド層３の平均のＡｌ組成比ｚは、０．０１≦ｚ≦０．０５である。その他の構成は、実施の形態２と同様であり、重複する説明は省略する。
本実施の形態に係る半導体発光素子は、以上の構造を有するため、実施の形態２と同様の効果を有する。
さらに、ｎ型クラッド層３を超格子構造にすることで、転移を超格子構造の界面で止めることができる。その結果、超格子構造を用いることでｎ型クラッド層３の厚膜化が容易になり、ｎ型クラッド層３を厚膜化することで光滲み出しの問題をさらに抑えることができる。
なお、ｎ型クラッド層３が複数の層からできている場合に、その一つの層に超格子構造のＡｌＧａＮ層を用いるようにしてもよい。
＜実施の形態７＞
本実施の形態に係る半導体発光素子は、実施の形態３において、ｎ型クラッド層３に超格子構造のＡｌＧａＮ層（平均のＡｌ組成比ｚ：０．０１≦ｚ＜０．０６）を用いている。
その他の構成は実施の形態３と同様であり、重複する説明は省略する。
本実施の形態に係る半導体発光素子は、以上の構成を備えているので、実施の形態３と同様の効果を有する。
さらに、ｎ型クラッド層３を超格子構造にすることで、転移を超格子構造の界面で止めることができる。その結果、超格子構造を用いることでｎ型クラッド層３の厚膜化が容易になり、ｎ型クラッド層３を厚膜化することで光滲み出しの問題をさらに抑えることができる。
なお、ｎ型クラッド層３が複数の層からできている場合に、その一つの層に超格子構造のＡｌＧａＮ層を用いるようにしてもよい。
＜実施の形態８＞
本実施の形態に係る半導体発光素子は、実施の形態４において、ｎ型クラッド層３として、超格子構造のＡｌＧａＮ層（平均のＡｌ組成比ｚ：０．０１≦ｚ≦０．０５）を用いている。その他の構成は実施の形態４と同様であり、重複する説明は省略する。
本実施の形態に係る半導体発光素子は、以上の構成を備えているので、実施の形態４と同様の効果を有する。
なお、ｎ型クラッド層３が複数の層からできている場合に、その一つの層に超格子構造のＡｌＧａＮ層を用いるようにしてもよい。
＜実施の形態９＞
本実施の形態に係る半導体発光素子は、実施の形態１において、ｐ型クラッド層１０に、Ａｌ組成比ｘを０．０１≦ｘ＜０．０６のＡｌＧａＮ層を用いている。その他の構成は実施の形態１と同様であり、重複する説明は省略する。
本実施の形態に係る半導体発光素子は、ｐ型クラッド層１０のＡｌ組成比ｘを０．０１≦ｘ＜０．０６としている。そのため、ｐ型クラッド層１０の屈折率が大きくなり、ｐ側にも垂直方向のＮＦＰを広げることができる。その結果、さらなる垂直方向のＦＦＰの低減が可能になる。
そして、Ａｌ組成比ｘを０．０１≦ｘ＜０．０６とすることで、ｐ型クラッド層１０を厚く形成することが可能になり、ｐ側電極１６への光の滲み出しを抑制することができる。
なお、実施の形態２〜８についても同様に、Ａｌ組成比ｘを０．０１≦ｘ＜０．０６としたＡｌＧａＮ層を、ｐ型クラッド層１０に用いることで、さらなる垂直方向のＦＦＰ全半値幅の低減が可能になる。
また、ｐ型クラッド層１０の膜厚は、３００ｎｍ以上であれば十分光滲み出しを小さくできる。
＜実施の形態１０＞
本実施の形態に係る半導体発光素子は、実施の形態１において、ｐ型クラッド層１０のＡｌ組成比ｘを０．０１≦ｘ≦０．０５としている。
その他の構成は、実施の形態１と同様であり、重複する説明は省略する。
本実施の形態に係る半導体発光素子は、ｐ型クラッド層１０のＡｌ組成比ｘを０．０１≦ｘ≦０．０５としている。Ａｌ組成比ｘを０．０１≦ｘ≦０．０５とすることで、クラックの発生等の問題なくｐ型クラッド層１０のさらなる厚膜化が可能となり、ｐ側電極１６への光の滲み出しをさらに抑制することができる。
また、Ａｌ組成比を小さくすることで屈折率が大きくなる。そのため、ＮＦＰを大きく広げＦＦＰをさらに小さくすることができる。
なお、実施の形態２〜８についても同様に、ｐ型クラッド層１０のＡｌ組成比ｘを０．０１≦ｘ≦０．０５としたＡｌＧａＮ層を用いることで、さらなるＦＦＰの低減が可能になる。
また、ｐ型クラッド層１０の膜厚は、３００ｎｍ以上であれば十分光滲み出しを小さくできる。
＜実施の形態１１＞
図９は本実施の形態に係る半導体発光素子の構成を示す断面図である。本実施の形態に係る半導体発光素子は、実施の形態９に係る半導体発光素子において、ｐ型クラッド層１０（Ａｌ組成比ｘ：０．０１≦ｘ＜０．０６）の上端に、ｐ型クラッド層１０よりもＡｌ組成比が大きいｐ型クラッド層１８（部分ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層）が形成されている。その他の構成は、実施の形態９と同様であり、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
ｐ型クラッド層１８は、ｐ型クラッド層１０よりも小さな屈折率を持つため、光強度を大きく減衰させることができる。
そのため、ｐ型クラッド層１０の上端にｐ型クラッド層１８を設けることで、ｐ型電極１６への光の滲み出しをさらに小さくすることができる。
ここで、ｐ型クラッド層１８は、必ずしもｐ型クラッド層１０の上端に設ける必要はなく、ｐ型クラッド層１０の中央部若しくは上部に設けるようにしてもよい。
なお、活性層６近傍にあるｐ型クラッド層１０によってＮＦＰが広がっているため、ｐ型クラッド層１８をｐ型クラッド層１０の中部若しくは下部に設けることによってＦＦＰ低減効果が大きく損なわれることはない。
また、ｐ型クラッド層１０は、単層のＡｌＧａＮ層とは限らず、平均のＡｌ組成比ｚがｐ型クラッド層１０のＡｌ組成比よりも大きな超格子構造のＡｌＧａＮ層であってもよい。
＜実施の形態１２＞
本実施の形態に係る半導体発光素子は、実施の形態１０において、ｐ型クラッド層１０（Ａｌ組成比ｘ：０．０１≦ｘ≦０．０５）の上端に、ｐ型クラッド層１０よりもＡｌ組成比が大きいｐ型クラッド層１８が形成されている。その他の構成は、実施の形態１０と同様であり、重複する説明は省略する。
ｐ型クラッド層１８は、ｐ型クラッド層１０よりも小さな屈折率を持つため、光強度を大きく減衰させることができる。
そのため、ｐ型クラッド層１０の上端にｐ型クラッド層１８を設けることで、ｐ型電極１６への光の滲み出しをさらに小さくすることができる。
ここで、ｐ型クラッド層１８は、必ずしもｐ型クラッド層１０の上端に設ける必要はなく、ｐ型クラッド層１０の中央部若しくは上部に設けるようにしてもよい。
なお、活性層６近傍にあるｐ型クラッド層１０によってＮＦＰが広がっているため、ｐ型クラッド層１８をｐ型クラッド層１０の中部若しくは下部に設けることによってＦＦＰ低減効果が大きく損なわれることはない。
さらに、ｐ型クラッド層１８は、単層のＡｌＧａＮ層とは限らず、平均のＡｌ組成比ｚがｐ型クラッド層１０のＡｌ組成比よりも大きな超格子構造のＡｌＧａＮ層であってもよい。
＜実施の形態１３＞
本実施の形態に係る半導体発光素子では、実施の形態９において、ｐ型クラッド層１０が超格子構造のＡｌＧａＮ層により構成されている。そして、この超格子構造のＡｌＧａＮ層は、平均のＡｌ組成比ｚが０．０１≦ｚ＜０．０６となっている。
その他の構成は、実施の形態９と同様であり、重複する説明は省略する。
本実施の形態に係る半導体発光素子は、ｐ型クラッド層１０が、平均のＡｌ組成比ｚ（０．０１≦ｚ＜０．０６）の超格子構造のＡｌＧａＮ層から構成されており、実施の形態９と同様の効果を有する。
さらに、ｐ型クラッド層１０を超格子構造にすることで、転移を超格子構造の界面で止めることができる。その結果、超格子構造を用いることでｐ型クラッド層１０の厚膜化が容易になり、ｐ型クラッド層１０を厚膜化することで光滲み出しの問題をさらに抑えることができる。
なお、ｐ型クラッド層１０が複数の層からできている場合に、その一つの層に超格子構造のＡｌＧａＮ層を用いるようにしてもよい。
＜実施の形態１４＞
本実施の形態に係る半導体発光素子は、実施の形態１０において、ｐ型クラッド層１０が超格子構造のＡｌＧａＮ層によって形成されている。そして、ｐ型クラッド層１０の平均のＡｌ組成比ｚは、０．０１≦ｚ≦０．０５である。その他の構成は、実施の形態１０と同様であり、重複する説明は省略する。
本実施の形態に係る半導体発光素子は、以上の構成を備えているので、実施の形態１０と同様の効果を有する。
さらに、ｐ型クラッド層１０を超格子構造にすることで、転移を超格子構造の界面で止めることができる。その結果、超格子構造を用いることでｐ型クラッド層１０の厚膜化が容易になり、ｐ型クラッド層１０を厚膜化することで光滲み出しの問題をさらに抑えることができる。
なお、ｐ型クラッド層１０が複数の層からできている場合に、その一つの層に超格子構造のＡｌＧａＮ層を用いるようにしてもよい。
＜実施の形態１５＞
本実施の形態に係る半導体発光素子は、実施の形態１１に係る半導体発光素子において、ｐ型クラッド層１０の平均のＡｌ組成比ｚ（０．０１≦ｚ＜０．０６）よりもＡｌ組成比が大きいｐ型クラッド層１８を、ｐ型クラッド層１０の上端に設けている。
その他の構成は実施の形態１１と同様であり、重複する説明は省略する。
本実施の形態に係る半導体発光素子は、以上の構成を備えているので、実施の形態１１と同様の効果を有する。
さらに、ｐ型クラッド層１０を超格子構造にすることで、転移を超格子構造の界面で止めることができる。その結果、超格子構造を用いることでｐ型クラッド層１０の厚膜化が容易になり、ｐ型クラッド層１０を厚膜化することで光滲み出しの問題をさらに抑えることができる。
なお、ｐ型クラッド層１０が複数の層からできている場合に、その一つの層に超格子構造のＡｌＧａＮ層を用いるようにしてもよい。
＜実施の形態１６＞
本実施の形態に係る半導体発光素子は、実施の形態１２において、ｐ型クラッド層１０として、超格子構造のＡｌＧａＮ層（平均のＡｌ組成比ｚ：０．０１≦ｚ≦０．０５）を用いている。その他の構成は実施の形態１２と同様であり、重複する説明は省略する。
本実施の形態に係る半導体発光素子は、以上の構成を備えているので、実施の形態１２と同様の効果を有する。
なお、ｐ型クラッド層１０が複数の層からできている場合に、その一つの層に超格子構造のＡｌＧａＮ層を用いるようにしてもよい。
実施の形態１に係る半導体発光素子の構成を示す断面図である。 実施の形態１に係る光強度計算に用いる半導体発光素子の構造を示す断面図である。 実施の形態１に係るＡｌ組成比に対するＡｌＧａＮ層の臨界膜厚の関係を示す図である。 実施の形態１に係るＡｌ組成比に対する光閉じ込め量の関係を示す図である。 実施の形態１に係るＡｌ組成比に対する光閉じ込め量の関係を示す図である。 実施の形態１に係るＡｌ組成比に対する垂直方向のＦＦＰ全半値幅の関係を示す図である。 実施の形態３に係る半導体発光素子の構成を示す断面図である。 実施の形態３に係る半導体発光素子の垂直方向の光強度分布を示す断面図である。 実施の形態１１に係る半導体発光素子の構成を示す断面図である。
符号の説明
１ ＧａＮ基板、３，１３ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、６ 活性層、１０，１８ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、１２ リッジ、１６ ｐ型電極、１７ ｎ型電極。

Claims (13)

  1. ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との間に活性層が挟まれた構造を有する、窒化物系III−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子であって、
    前記ｎ型クラッド層は、Ａｌ組成比ｘが０．０１≦ｘ＜０．０６のｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ層を備えることを特徴とする半導体発光素子。
  2. 前記ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ層は、厚さが３００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
  3. 前記Ａｌ組成比ｘは、０．０１≦ｘ≦０．０５であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
  4. 前記ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ層は、超格子構造により構成されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の半導体発光素子。
  5. 前記ｎ型クラッド層は、前記ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ層よりもＡｌ組成比ｘが大きな部分ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層をさらに備え、
    前記部分ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層は、前記ｎ型クラッド層の下部若しくは中間部に配置されていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の半導体発光素子。
  6. 前記部分ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層は、超格子構造であることを特徴とする請求項５に記載の半導体発光素子。
  7. 前記ｐ型クラッド層は、Ａｌ組成比ｘが０．０１≦ｘ＜０．０６のｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ層を備えることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の半導体発光素子。
  8. 前記ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ層は、厚さが３００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項７に記載の半導体発光素子。
  9. 前記ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ層は、Ａｌ組成比ｘが０．０１≦ｘ≦０．０５であることを特徴とする請求項７又は８に記載の半導体発光素子。
  10. 前記ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ層は、超格子構造により構成されていることを特徴とする請求項７から９の何れかに記載の半導体発光素子。
  11. 前記ｐ型クラッド層は、前記ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ層よりもＡｌ組成比ｘが大きな部分ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層をさらに備え、
    前記部分ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層は、前記ｐ型クラッド層の上部若しくは中間部に配置されていることを特徴とする請求項７から１０の何れかに記載の半導体発光素子。
  12. 前記部分ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層は、超格子構造であることを特徴とする請求項１１に記載の半導体発光素子。
  13. ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との間に活性層が挟まれた構造を有する窒化物系III−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子であって、
    前記ｎ型クラッド層は、前記ｎ型クラッド層の他の部分よりもＡｌ組成比が大きな部分ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層を備え、
    前記部分ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層は、前記ｎ型クラッド層の下部若しくは中央部に配置されていることを特徴とする半導体発光素子。
JP2004324771A 2004-11-09 2004-11-09 半導体発光素子 Pending JP2006135221A (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004324771A JP2006135221A (ja) 2004-11-09 2004-11-09 半導体発光素子
TW094136860A TW200620711A (en) 2004-11-09 2005-10-21 Semiconductor light emitting device
US11/262,932 US7471711B2 (en) 2004-11-09 2005-11-01 Semiconductor light emitting device
CNB2005101315743A CN100435364C (zh) 2004-11-09 2005-11-07 半导体发光元件
KR1020050105846A KR100759281B1 (ko) 2004-11-09 2005-11-07 반도체 발광소자
KR1020070042632A KR20070058397A (ko) 2004-11-09 2007-05-02 반도체 발광소자

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004324771A JP2006135221A (ja) 2004-11-09 2004-11-09 半導体発光素子

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006305017A Division JP2007049199A (ja) 2006-11-10 2006-11-10 半導体発光素子

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006135221A true JP2006135221A (ja) 2006-05-25

Family

ID=36316281

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004324771A Pending JP2006135221A (ja) 2004-11-09 2004-11-09 半導体発光素子

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7471711B2 (ja)
JP (1) JP2006135221A (ja)
KR (2) KR100759281B1 (ja)
CN (1) CN100435364C (ja)
TW (1) TW200620711A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007049199A (ja) * 2006-11-10 2007-02-22 Mitsubishi Electric Corp 半導体発光素子
WO2007138658A1 (ja) * 2006-05-26 2007-12-06 Rohm Co., Ltd. 窒化物半導体発光素子
JP2010129676A (ja) * 2008-11-26 2010-06-10 Sharp Corp 窒化物半導体レーザ素子とその製造方法
JP2011065050A (ja) * 2009-09-18 2011-03-31 Seiko Epson Corp プロジェクター
WO2015092992A1 (ja) * 2013-12-20 2015-06-25 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 半導体発光素子

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007080896A (ja) * 2005-09-12 2007-03-29 Sanyo Electric Co Ltd 半導体素子
KR20070080696A (ko) * 2006-02-08 2007-08-13 삼성전자주식회사 질화물계 반도체 레이저 다이오드
JP2007214378A (ja) * 2006-02-09 2007-08-23 Rohm Co Ltd 窒化物系半導体素子
JP4135019B2 (ja) * 2006-04-28 2008-08-20 住友電気工業株式会社 半導体レーザ
KR100885190B1 (ko) * 2007-06-29 2009-02-24 우리엘에스티 주식회사 발광소자와 그의 제조방법
JP5394717B2 (ja) * 2008-12-15 2014-01-22 日本オクラロ株式会社 窒化物半導体光素子の製造方法
JP2010177651A (ja) * 2009-02-02 2010-08-12 Rohm Co Ltd 半導体レーザ素子
DE102009041934A1 (de) * 2009-09-17 2011-03-24 Osram Opto Semiconductors Gmbh Kantenemittierender Halbleiterlaser
KR101781436B1 (ko) 2011-07-22 2017-09-25 삼성전자주식회사 질화물계 반도체 발광소자
CN103594509A (zh) * 2013-11-26 2014-02-19 电子科技大学 一种氮化镓高电子迁移率晶体管及其制备方法
CN103594510A (zh) * 2013-11-26 2014-02-19 电子科技大学 一种源端场板高电子迁移率晶体管
CN105048286A (zh) * 2015-09-11 2015-11-11 厦门市三安光电科技有限公司 氮化镓基激光二极管及其制备方法
DE102017122032A1 (de) * 2017-09-22 2019-03-28 Osram Opto Semiconductors Gmbh Laserdiode
WO2023219463A1 (ko) * 2022-05-12 2023-11-16 주식회사 소프트에피 3족 질화물 반도체 발광소자

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10256660A (ja) * 1997-03-10 1998-09-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 窒化ガリウム系半導体レーザおよびその製造方法
JPH11340569A (ja) * 1998-05-25 1999-12-10 Nec Corp 半導体素子の電極形成方法およびその構造
JPH11340580A (ja) * 1997-07-30 1999-12-10 Fujitsu Ltd 半導体レーザ、半導体発光素子、及び、その製造方法
JP2002111133A (ja) * 2000-09-28 2002-04-12 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体発光素子
JP2004253776A (ja) * 2003-01-31 2004-09-09 Sharp Corp 半導体レーザ素子及び光学式情報記録装置

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3090057B2 (ja) * 1996-08-07 2000-09-18 昭和電工株式会社 短波長発光素子
ATE550461T1 (de) * 1997-04-11 2012-04-15 Nichia Corp Wachstumsmethode für einen nitrid-halbleiter
KR19990014304A (ko) * 1997-07-30 1999-02-25 아사구사 나오유끼 반도체 레이저, 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법
JPH11238945A (ja) 1997-12-18 1999-08-31 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体発光素子
JP2000012954A (ja) * 1998-06-19 2000-01-14 Sony Corp 半導体発光素子およびその製造方法
US6423984B1 (en) * 1998-09-10 2002-07-23 Toyoda Gosei Co., Ltd. Light-emitting semiconductor device using gallium nitride compound semiconductor
JP3279266B2 (ja) 1998-09-11 2002-04-30 日本電気株式会社 窒化ガリウム系半導体発光素子
JP3505405B2 (ja) * 1998-10-22 2004-03-08 三洋電機株式会社 半導体素子及びその製造方法
US6614059B1 (en) * 1999-01-07 2003-09-02 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor light-emitting device with quantum well
JP4750238B2 (ja) * 1999-06-04 2011-08-17 ソニー株式会社 半導体発光素子
US6586762B2 (en) * 2000-07-07 2003-07-01 Nichia Corporation Nitride semiconductor device with improved lifetime and high output power
JP4251529B2 (ja) * 2001-02-14 2009-04-08 シャープ株式会社 窒化物半導体レーザ素子およびそれを用いた光学式情報再生装置
JP2002289955A (ja) * 2001-03-23 2002-10-04 Sharp Corp 半導体レーザ素子とその製造方法および光学式情報再生装置
KR100778909B1 (ko) * 2001-05-31 2007-11-22 니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤 반도체 레이저 소자
JP2003017745A (ja) * 2001-06-29 2003-01-17 Shiro Sakai 窒化ガリウム系発光素子
US6977953B2 (en) * 2001-07-27 2005-12-20 Sanyo Electric Co., Ltd. Nitride-based semiconductor light-emitting device and method of fabricating the same
AU2003227230A1 (en) * 2002-04-04 2003-10-20 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor laser device
JP2004006970A (ja) 2003-07-31 2004-01-08 Toyoda Gosei Co Ltd ３族窒化物半導体発光素子
US7492801B2 (en) * 2003-11-11 2009-02-17 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor laser element, manufacturing method thereof, optical disk apparatus and optical transmission system
JP2004214698A (ja) * 2004-03-29 2004-07-29 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体発光素子

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10256660A (ja) * 1997-03-10 1998-09-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 窒化ガリウム系半導体レーザおよびその製造方法
JPH11340580A (ja) * 1997-07-30 1999-12-10 Fujitsu Ltd 半導体レーザ、半導体発光素子、及び、その製造方法
JPH11340569A (ja) * 1998-05-25 1999-12-10 Nec Corp 半導体素子の電極形成方法およびその構造
JP2002111133A (ja) * 2000-09-28 2002-04-12 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体発光素子
JP2004253776A (ja) * 2003-01-31 2004-09-09 Sharp Corp 半導体レーザ素子及び光学式情報記録装置

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007138658A1 (ja) * 2006-05-26 2007-12-06 Rohm Co., Ltd. 窒化物半導体発光素子
US8053756B2 (en) 2006-05-26 2011-11-08 Rohm Co., Ltd. Nitride semiconductor light emitting element
JP2007049199A (ja) * 2006-11-10 2007-02-22 Mitsubishi Electric Corp 半導体発光素子
JP2010129676A (ja) * 2008-11-26 2010-06-10 Sharp Corp 窒化物半導体レーザ素子とその製造方法
US8085826B2 (en) 2008-11-26 2011-12-27 Sharp Kabushiki Kaisha Nitride semiconductor laser device
US8311070B2 (en) 2008-11-26 2012-11-13 Sharp Kabushiki Kaisha Nitride semiconductor laser device
JP2011065050A (ja) * 2009-09-18 2011-03-31 Seiko Epson Corp プロジェクター
WO2015092992A1 (ja) * 2013-12-20 2015-06-25 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 半導体発光素子

Also Published As

Publication number Publication date
US20060098703A1 (en) 2006-05-11
US7471711B2 (en) 2008-12-30
KR20060052504A (ko) 2006-05-19
KR100759281B1 (ko) 2007-09-17
CN1776927A (zh) 2006-05-24
KR20070058397A (ko) 2007-06-08
TW200620711A (en) 2006-06-16
CN100435364C (zh) 2008-11-19
TWI294695B (ja) 2008-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100759281B1 (ko) 반도체 발광소자
JP3857295B2 (ja) 半導体発光素子
JP2007036298A (ja) 半導体発光素子
JP2009141340A (ja) 窒化物半導体レーザ素子
JP3636976B2 (ja) 窒化物半導体素子およびその製造方法
JP2003289176A (ja) 半導体発光素子およびその製造方法
JP2007019399A (ja) 半導体レーザ装置
JP2007235107A (ja) 半導体発光素子
JP5507792B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体光素子
JP2820140B2 (ja) 窒化ガリウム系半導体レーザ
JPWO2006109418A1 (ja) 半導体発光素子
JP4822608B2 (ja) 窒化物系半導体発光素子およびその製造方法
JP2007266574A (ja) 半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子の製造方法
JP2004063537A (ja) 半導体発光素子およびその製造方法ならびに半導体装置およびその製造方法
JP2003243772A (ja) 半導体発光素子およびその製造方法
JP5023567B2 (ja) 窒化物半導体レーザ素子
JP4179280B2 (ja) 半導体発光素子の製造方法
JP2011205148A (ja) 半導体装置
JP2004179532A (ja) 半導体発光素子および半導体装置
JP2010034221A (ja) 端面発光型半導体レーザおよびその製造方法
JP4415440B2 (ja) 半導体レーザの製造方法
JP3644446B2 (ja) 窒化物半導体素子
JP2003298192A (ja) 窒化物系半導体レーザ素子
JP2007049199A (ja) 半導体発光素子
JP2007273901A (ja) 半導体発光素子

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060209

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060209

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20060209

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20060222

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060314

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060515

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20060912

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20061110

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20061120

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20070112